推进第3章 螺旋桨基础理论
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螺旋桨基础理论ppt课件
进程hp与螺旋桨直径D 的比值称为 进速系数，以J 来表示，即
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病 原 体 侵 入 机体， 消弱机 体防御 机能， 破坏机 体内环 境的相 对稳定 性，且 在一定 部位生 长繁殖 ，引起 不同程 度的病 理生理 过程
螺旋桨水动力性能
由式(3-36)及式(3-37)，可得进速系数J与滑脱比s之间的 关系为
作用在桨叶上的力及力矩
式中：rh为桨毅半径． R 为螺旋桨半径。
式（3 一34 ）把螺旋桨的推力、转矩与流场及螺旋桨的 几何特征联系起来。因而比动量理论的结果要精密完整得 多。 当螺旋桨以进速vA和转速n 进行工作时，必须吸收主机所 供给的转矩Q 才能发出推力T ，其所作的有用功率为TVA ，而吸收的功率为2ПnQ ，故螺旋桨的效率为
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病 原 体 侵 入 机体， 消弱机 体防御 机能， 破坏机 体内环 境的相 对稳定 性，且 在一定 部位生 长繁殖 ，引起 不同程 度的病 理生理 过程
作用在桨叶上的力及力矩
根据茹柯夫斯基升力公式，升元体上dr 段产生的升力 将式（3-28）代入式（3-27），并考虑到dD=єdL （є为
此种情况下螺旋桨产生负推力。螺旋桨不遭受旋转阻力时
旋转一周所前进的距离称为无转矩进程或无转矩螺距，并
以P2表示， 对于一定的螺旋桨而言，显然P2> P1> P ，船舶在航行时 ，螺旋桨必须产生向前的推力以克服船之阻力，才能使船
以一定的速度前进，故螺旋桨在实际操作时，其每转一周
前进的距离hp小于实效螺距P1 。实效螺距P1与进程hp之 差（P1-hp）称为实效滑脱，其与实效螺距P1的比值称为 实效2滑- 2脱0 比，以s1来表示，即
叶元体的阻升比），叶元体转矩dQ=rdF , 可得
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病 原 体 侵 入 机体， 消弱机 体防御 机能， 破坏机 体内环 境的相 对稳定 性，且 在一定 部位生 长繁殖 ，引起 不同程 度的病 理生理 过程
螺旋桨水动力性能
由式(3-36)及式(3-37)，可得进速系数J与滑脱比s之间的 关系为
作用在桨叶上的力及力矩
式中：rh为桨毅半径． R 为螺旋桨半径。
式（3 一34 ）把螺旋桨的推力、转矩与流场及螺旋桨的 几何特征联系起来。因而比动量理论的结果要精密完整得 多。 当螺旋桨以进速vA和转速n 进行工作时，必须吸收主机所 供给的转矩Q 才能发出推力T ，其所作的有用功率为TVA ，而吸收的功率为2ПnQ ，故螺旋桨的效率为
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病 原 体 侵 入 机体， 消弱机 体防御 机能， 破坏机 体内环 境的相 对稳定 性，且 在一定 部位生 长繁殖 ，引起 不同程 度的病 理生理 过程
作用在桨叶上的力及力矩
根据茹柯夫斯基升力公式，升元体上dr 段产生的升力 将式（3-28）代入式（3-27），并考虑到dD=єdL （є为
此种情况下螺旋桨产生负推力。螺旋桨不遭受旋转阻力时
旋转一周所前进的距离称为无转矩进程或无转矩螺距，并
以P2表示， 对于一定的螺旋桨而言，显然P2> P1> P ，船舶在航行时 ，螺旋桨必须产生向前的推力以克服船之阻力，才能使船
以一定的速度前进，故螺旋桨在实际操作时，其每转一周
前进的距离hp小于实效螺距P1 。实效螺距P1与进程hp之 差（P1-hp）称为实效滑脱，其与实效螺距P1的比值称为 实效2滑- 2脱0 比，以s1来表示，即
叶元体的阻升比），叶元体转矩dQ=rdF , 可得
船舶推进螺旋桨基础理论课件
用于测量桨叶表面压力和温度变化。
螺旋桨性能测试案例分析
案例一
某型船用螺旋桨在实验水池中的性能测试，分析推力系数、效率系数、空泡系数 和振动系数的变化规律。
案例二
某大型油轮在实际航行中的螺旋桨性能测试，结合数值模拟和理论分析，评估其 实际运行性能。
05
船舶推进螺旋桨的应用与发展趋 势
螺旋桨在船舶推进中的应用
螺旋桨作为船舶推进器，能够将主机 产生的动力转化为船舶前进的推力， 是船舶航行中的重要组成部分。
螺旋桨的安装角度、位置和数量等参 数需要根据船舶的具体需求进行合理 配置，以实现最佳的推进效果。
螺旋桨的设计和制造需考虑船舶的航 速、航程、载重量等要求，以及水域 、气候等环境因素，确保推进效率和 使用寿命。
螺旋桨的修复与更换
修复
对损坏的螺旋桨进行修复 ，如焊接、填补等。
更换
若螺旋桨损坏严重或无法 修复，需更换新的螺旋桨 。
注意事项
更换或修复后需进行动平 衡测试，确保船舶安全。
04
船舶推进螺旋桨的性能评价与测 试
螺旋桨性能评价指标
推力系数
衡量螺旋桨推力与流体动力的比值， 用于评估螺旋桨推力性能。
效率系数
铸造法
适用于大型螺旋桨，但精度较低 。
锻造法
适用于小型螺旋桨，精度高，但工 艺复杂。
焊接法
适用于大型螺旋桨，成本低，但易 产生焊接缺陷。
螺旋桨的维护与保养
定期检查
检查螺旋桨的表面磨损、裂纹等情况。
润滑
定期润滑螺旋桨的轴承和轴套，减少磨损。
清洗
定期清洗螺旋桨，去除附着物和腐蚀产物。
防腐处理
对螺旋桨进行涂层保护，防止腐蚀。
新型船舶推进系统的研究与发展
螺旋桨性能测试案例分析
案例一
某型船用螺旋桨在实验水池中的性能测试，分析推力系数、效率系数、空泡系数 和振动系数的变化规律。
案例二
某大型油轮在实际航行中的螺旋桨性能测试，结合数值模拟和理论分析，评估其 实际运行性能。
05
船舶推进螺旋桨的应用与发展趋 势
螺旋桨在船舶推进中的应用
螺旋桨作为船舶推进器，能够将主机 产生的动力转化为船舶前进的推力， 是船舶航行中的重要组成部分。
螺旋桨的安装角度、位置和数量等参 数需要根据船舶的具体需求进行合理 配置，以实现最佳的推进效果。
螺旋桨的设计和制造需考虑船舶的航 速、航程、载重量等要求，以及水域 、气候等环境因素，确保推进效率和 使用寿命。
螺旋桨的修复与更换
修复
对损坏的螺旋桨进行修复 ，如焊接、填补等。
更换
若螺旋桨损坏严重或无法 修复，需更换新的螺旋桨 。
注意事项
更换或修复后需进行动平 衡测试，确保船舶安全。
04
船舶推进螺旋桨的性能评价与测 试
螺旋桨性能评价指标
推力系数
衡量螺旋桨推力与流体动力的比值， 用于评估螺旋桨推力性能。
效率系数
铸造法
适用于大型螺旋桨，但精度较低 。
锻造法
适用于小型螺旋桨，精度高，但工 艺复杂。
焊接法
适用于大型螺旋桨，成本低，但易 产生焊接缺陷。
螺旋桨的维护与保养
定期检查
检查螺旋桨的表面磨损、裂纹等情况。
润滑
定期润滑螺旋桨的轴承和轴套，减少磨损。
清洗
定期清洗螺旋桨，去除附着物和腐蚀产物。
防腐处理
对螺旋桨进行涂层保护，防止腐蚀。
新型船舶推进系统的研究与发展
螺旋桨基础理论分解PPT学习教案
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作用在桨叶上的力 及力矩
➢ 二、作用在机翼上的升力和阻力 简单回顾一下作用在机翼上的升力和阻力，将有助于 桨叶上受力情况的讨论，对于二因次机翼，我们可以 用环量为P 的一根无限长的涡线来代替机翼，这根祸 线称为附着涡。在理想流体中，作用在单位长度机翼 上的只有垂直于来流方向的升力L ，其值
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作用在桨叶上的力 及力矩
➢ 就可以将叶元体效率ηor表达为另一种简单而有用的 形式
➢ 也就是说，叶元体的理想效率
➢ 将式（3 一30 ）沿半径方向从桨毅至叶梢进行积分并 乘以叶数Z 以后，便可得到整个螺旋桨的推力和转矩， 即
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作用在桨叶上的力及力矩
式中：rh为桨毅半径． R 为螺旋桨半径。
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螺旋桨水动力性能
➢ 根据因次分析，螺旋桨的推力及转矩可用下列无因次 系数来表示，即
➢ 式中：T 为推力； Q 为转矩； ρ为水的密度； n为螺旋桨转速； D 为螺旋桨直径． 对于螺旋桨的效率场也可用无因次系数KT 、KQ 及J
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螺旋桨水动力性能
式中：J为进速系数． 对于几何形状一定的螺旋桨而言，推力系数KT、转矩系数 KQ 及效率η0仅与进速系数J （或滑脱比）有关，KT、KQ 、 η0对J 之曲线称为螺旋桨的性征曲线，又因为我们所讨 论的是孤立螺旋桨（即未考虑船体的影响）的性能，所 以称为螺旋桨的敞水性征曲线，如图3 一14 所示．因KQ 数值太小，常增大10 倍（10KQ）与KT使用同一纵坐标。
第23页/共25页
螺旋桨水动力性能
第24页/共25页
第8页/共25页
作用在桨叶上的力及力矩
三、螺旋桨的作用力 由时意上．半面如径的能处分求叶析得元可诱体知导上，速的在度作给用ua及定力u螺，t，旋进则桨而可的求根进出据速整机个VA翼和螺理转旋论速桨求n的出作任 用力。取半径r处dr 段的叶元体进行讨论，其速度多角 形如图3 一10 所示。当水流以合速度VR、攻角αK流向此 叶元体时，便产生了升力dL和阻力dD。将升力dL分解为 沿螺旋桨轴向的分力dLa和旋转方向的分力dLt，阻力dD 相应地分解为dDa和dDt 。因此该叶元体所产生的推力dT 及遭受的旋转阻力dF是：
作用在桨叶上的力 及力矩
➢ 二、作用在机翼上的升力和阻力 简单回顾一下作用在机翼上的升力和阻力，将有助于 桨叶上受力情况的讨论，对于二因次机翼，我们可以 用环量为P 的一根无限长的涡线来代替机翼，这根祸 线称为附着涡。在理想流体中，作用在单位长度机翼 上的只有垂直于来流方向的升力L ，其值
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作用在桨叶上的力 及力矩
➢ 就可以将叶元体效率ηor表达为另一种简单而有用的 形式
➢ 也就是说，叶元体的理想效率
➢ 将式（3 一30 ）沿半径方向从桨毅至叶梢进行积分并 乘以叶数Z 以后，便可得到整个螺旋桨的推力和转矩， 即
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作用在桨叶上的力及力矩
式中：rh为桨毅半径． R 为螺旋桨半径。
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螺旋桨水动力性能
➢ 根据因次分析，螺旋桨的推力及转矩可用下列无因次 系数来表示，即
➢ 式中：T 为推力； Q 为转矩； ρ为水的密度； n为螺旋桨转速； D 为螺旋桨直径． 对于螺旋桨的效率场也可用无因次系数KT 、KQ 及J
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螺旋桨水动力性能
式中：J为进速系数． 对于几何形状一定的螺旋桨而言，推力系数KT、转矩系数 KQ 及效率η0仅与进速系数J （或滑脱比）有关，KT、KQ 、 η0对J 之曲线称为螺旋桨的性征曲线，又因为我们所讨 论的是孤立螺旋桨（即未考虑船体的影响）的性能，所 以称为螺旋桨的敞水性征曲线，如图3 一14 所示．因KQ 数值太小，常增大10 倍（10KQ）与KT使用同一纵坐标。
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螺旋桨水动力性能
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作用在桨叶上的力及力矩
三、螺旋桨的作用力 由时意上．半面如径的能处分求叶析得元可诱体知导上，速的在度作给用ua及定力u螺，t，旋进则桨而可的求根进出据速整机个VA翼和螺理转旋论速桨求n的出作任 用力。取半径r处dr 段的叶元体进行讨论，其速度多角 形如图3 一10 所示。当水流以合速度VR、攻角αK流向此 叶元体时，便产生了升力dL和阻力dD。将升力dL分解为 沿螺旋桨轴向的分力dLa和旋转方向的分力dLt，阻力dD 相应地分解为dDa和dDt 。因此该叶元体所产生的推力dT 及遭受的旋转阻力dF是：
轮船螺旋桨工作原理
轮船螺旋桨工作原理
轮船螺旋桨是一种用于推动船只前进的装置，它的工作原理可以简述如下：
1. 螺旋桨的结构：轮船螺旋桨通常由数片叶片组成，这些叶片呈弯曲的形状，安装在轴上形成一个圆盘。
2. 水流动力学：当桨叶转动时，叶片与周围水域发生作用。
根据牛顿第三定律，水流对螺旋桨叶片的作用力与叶片对水流的作用力大小相等，方向相反。
3. 推进原理：当螺旋桨转动时，叶片与水流作用，将叶片前方的水流推动向后。
由于叶片的形状，叶片背面的水流速度较大，而叶片面前的水流速度较小。
4. 牛顿第二定律：根据牛顿第二定律，对于一个物体，当施加的力超过阻力时，物体将加速。
螺旋桨在水中形成的水流差异产生一个反作用力，这个反作用力即为推力，推动船只向前移动。
5. 调节推力：轮船螺旋桨的推力大小可以通过调整螺旋桨转速和叶片的角度来控制。
更高的转速和较大的叶片角度可以产生更大的推力，从而加快船只的速度。
总结起来，轮船螺旋桨利用螺旋桨叶片与水流的作用力来产生推力，从而推动船只前进。
推力的大小可以通过调整转速和叶片角度进行控制。
螺旋桨的理论基础习题答案
螺旋桨的理论基础习题答案螺旋桨的理论基础习题答案螺旋桨是一种常见的机械装置，被广泛应用于飞机、船舶等交通工具中。
它的作用是通过旋转产生推力或提供动力，使交通工具能够前进。
螺旋桨的理论基础涉及到一些物理学和工程学的知识，下面将针对一些常见的习题进行解答。
1. 什么是螺旋桨的工作原理？螺旋桨的工作原理是利用旋转产生的气流或水流来产生推力。
当螺旋桨旋转时，它会将周围的空气或水推向相反的方向，根据牛顿第三定律，推力会使交通工具朝着相反的方向移动。
2. 螺旋桨的推力与旋转速度、叶片角度有何关系？螺旋桨的推力与旋转速度和叶片角度有直接关系。
当旋转速度增加时，螺旋桨产生的推力也会增加。
叶片角度的变化也会影响推力，一般情况下，叶片角度越大，推力越大。
3. 如何计算螺旋桨的推力？螺旋桨的推力可以通过以下公式计算：推力 = 推力系数× 空气或水流的密度× 旋转速度的平方× 叶片面积其中，推力系数是一个与螺旋桨设计和工作条件相关的参数，可以通过实验或计算得到。
4. 螺旋桨的效率如何计算？螺旋桨的效率可以通过以下公式计算：效率 = 推力× 速度 / 功率其中，速度是交通工具前进的速度，功率是螺旋桨所需的能量。
5. 螺旋桨的设计有哪些要点？螺旋桨的设计要考虑多个因素，包括交通工具的速度、负载、工作环境等。
一般来说，螺旋桨的设计要追求高效率、低噪音和稳定性。
同时，螺旋桨的叶片形状、角度和数量也需要根据具体情况进行优化。
6. 如何改善螺旋桨的效率？要改善螺旋桨的效率，可以采取以下措施：- 优化叶片形状和角度，使其更适合流体流动，减小阻力；- 减小螺旋桨的重量，减少能量损耗；- 提高螺旋桨的旋转速度，增加推力；- 使用高效的材料和制造工艺，减少能量损耗。
7. 螺旋桨在船舶和飞机中有何不同？螺旋桨在船舶和飞机中的应用有一些不同之处。
在船舶中，螺旋桨主要用于推动船体前进，产生推力。
而在飞机中，螺旋桨除了产生推力外，还可以提供升力，使飞机能够在空中飞行。
螺旋桨船原理
螺旋桨船原理
螺旋桨船原理是指通过螺旋桨的旋转来推动船体前进的原理。
螺旋桨是一种将动力引擎产生的旋转力转化为推进力的装置。
螺旋桨的结构包括桨叶、桨毂和轴线。
桨叶是与船体垂直安装的一系列弯曲叶片，它们的形状和排列方式决定了螺旋桨的性能。
桨毂则是将桨叶固定在一起并连接到轴线上的部件。
轴线是支撑和转动整个螺旋桨的轴。
当引擎发动后，产生的动力被传输到轴线上。
轴线将动力传递到桨毂，进而使桨叶开始旋转。
随着桨叶的转动，水流被推动并产生了一个相反的反作用力。
根据牛顿第三定律，船体受到的反作用力会使整个船体向前推进。
螺旋桨的推进力取决于多个因素，包括桨叶的形状、数量和排列方式，以及引擎的功率和旋转速度等。
通过调整这些参数，船舶可以实现不同的推进效果，以满足航行的要求。
螺旋桨船原理的应用非常广泛。
无论是商船、客船，还是军舰、潜艇等各种类型的船只，都使用螺旋桨作为主要的推进装置。
它的简单结构和高效率使得船舶能够以较低的燃料消耗获得更大的速度和推力。
总之，螺旋桨船原理是船舶推进的基本原理。
通过螺旋桨的旋转，船体可以获得向前推进的力量，从而顺利航行。
这一原理的应用不仅提高了船舶的速度和效率，也促进了航海技术的发展。
船舶推进_螺旋桨基础理论
' 1 1 2 2 1 2
2
上两式相减：
p p 1 ( V A 12 u a ) u a
' 1
得出推力Ti的另一种表达形式为：
T i ( p p 1 ) A 0 A 0 ( V A 12 u a ) u a
' 1
17
3.1 理想推进器理论
T i m u a A 0 (V A u a 1 ) u a
③ 水为不可压缩的理想流体。 根据这些假定而得到的推进器理论，称为理想推进器 理论，适于螺旋桨、明轮、喷水推进器等。
7
3.1 理想推进器理论
理想推进器力学模型
远前方 盘面 远后方
诱导速度 离盘面愈近, 由于推进器的抽吸 作用, 水流的速度愈大而压力下 降； 水流流过盘面后压力突增。
3.2 理想螺旋桨理论
根据动量矩定理：流体在单位时间内流经流管两截 面的动量矩增量等于作用在流管上的力矩。
L '' L ' d Q
作用在流体上的力矩：
d Q rd F i
其中，作用在流体上的旋转力
d Fi d m u
' t
u t' u t
桨盘紧后方的周 向诱导速度。 桨盘远后方的周 向诱导速度。
12
伯努利方程
v2 p z H 2g g
适用条件：只受到重力的不可压缩 的理想流体，定常流动。
13
物理意义
v2 p z H 2g g
单 位 重 力流体的 动能
位势能
压强势能
沿着同一根流线，流体的动能、位势能和 压强势能可以相互转变，三者之和保持不 变。
14
几何意义
2
上两式相减：
p p 1 ( V A 12 u a ) u a
' 1
得出推力Ti的另一种表达形式为：
T i ( p p 1 ) A 0 A 0 ( V A 12 u a ) u a
' 1
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3.1 理想推进器理论
T i m u a A 0 (V A u a 1 ) u a
③ 水为不可压缩的理想流体。 根据这些假定而得到的推进器理论，称为理想推进器 理论，适于螺旋桨、明轮、喷水推进器等。
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3.1 理想推进器理论
理想推进器力学模型
远前方 盘面 远后方
诱导速度 离盘面愈近, 由于推进器的抽吸 作用, 水流的速度愈大而压力下 降； 水流流过盘面后压力突增。
3.2 理想螺旋桨理论
根据动量矩定理：流体在单位时间内流经流管两截 面的动量矩增量等于作用在流管上的力矩。
L '' L ' d Q
作用在流体上的力矩：
d Q rd F i
其中，作用在流体上的旋转力
d Fi d m u
' t
u t' u t
桨盘紧后方的周 向诱导速度。 桨盘远后方的周 向诱导速度。
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伯努利方程
v2 p z H 2g g
适用条件：只受到重力的不可压缩 的理想流体，定常流动。
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物理意义
v2 p z H 2g g
单 位 重 力流体的 动能
位势能
压强势能
沿着同一根流线，流体的动能、位势能和 压强势能可以相互转变，三者之和保持不 变。
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几何意义
螺旋桨基础理论分解课件
相似参数
螺旋桨的相似参数包括桨叶角、螺距比、转速、雷诺数等，这些参 数在相似理论中起着重要作用。
相似定理
根据相似理论，可以通过改变螺旋桨的相似参数来研究其性能变化规 律，从而实现对实尺度螺旋桨性能的预测。
螺旋桨的尺度效应及其影响
定义及内涵
螺旋桨的尺度效应是指螺旋桨的性能随其尺寸变化而变化的现象。当螺旋桨的尺寸增大或 减小时，其周围的流场、湍流度、粘性等也会发生变化，从而影响螺旋桨的性能。
01
采用主动流动控制技术，如涡流 发生器、射流控制等，对螺旋桨 叶尖涡进行主动干预，提高螺旋 桨失速性能。
02
通过以上改进措施，可以有效提 高螺旋桨的空化和失速性能，保 证螺旋桨在各种工况下的稳定工作。
05
螺旋桨的相似理论与尺度效应
螺旋桨的相似理论
相似定 义
螺旋桨的相似理论基于流体力学的相似原理，即两个螺旋桨在几何 形状、运动状态、动力特性等方面完全相似，则它们的性能也将相 似。
• 试验设计与执行：在进行螺旋桨模型试验时，需要选择合适的模型尺寸、试验 设备等，并精确控制试验条件，以获得准确的试验数据。
• 数据处理与误差分析：对试验数据进行处理时，需要考虑各种误差来源，如测 量误差、环境干扰等，并采取合适的误差分析方法，以提高数据的可靠性。
• 换算方法与公式：为了实现螺旋桨模型试验数据与实尺度性能的换算，可以采 用相似的换算公式或方法。这些方法通常基于相似理论和尺度效应的研究成果， 通过调整相关参数来实现换算。换算过程中需要注意单位统一和适用范围。
形状优化
通过参数化建模和CFD评 估，可以对螺旋桨的叶型、 弦长、扭角等参数进行优 化，以寻求最佳性能。
控制策略优化
考虑螺旋桨与飞行器的相 互作用，CFD可用于优化 控制策略，如变速、变距等。
螺旋桨的相似参数包括桨叶角、螺距比、转速、雷诺数等，这些参 数在相似理论中起着重要作用。
相似定理
根据相似理论，可以通过改变螺旋桨的相似参数来研究其性能变化规 律，从而实现对实尺度螺旋桨性能的预测。
螺旋桨的尺度效应及其影响
定义及内涵
螺旋桨的尺度效应是指螺旋桨的性能随其尺寸变化而变化的现象。当螺旋桨的尺寸增大或 减小时，其周围的流场、湍流度、粘性等也会发生变化，从而影响螺旋桨的性能。
01
采用主动流动控制技术，如涡流 发生器、射流控制等，对螺旋桨 叶尖涡进行主动干预，提高螺旋 桨失速性能。
02
通过以上改进措施，可以有效提 高螺旋桨的空化和失速性能，保 证螺旋桨在各种工况下的稳定工作。
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螺旋桨的相似理论与尺度效应
螺旋桨的相似理论
相似定 义
螺旋桨的相似理论基于流体力学的相似原理，即两个螺旋桨在几何 形状、运动状态、动力特性等方面完全相似，则它们的性能也将相 似。
• 试验设计与执行：在进行螺旋桨模型试验时，需要选择合适的模型尺寸、试验 设备等，并精确控制试验条件，以获得准确的试验数据。
• 数据处理与误差分析：对试验数据进行处理时，需要考虑各种误差来源，如测 量误差、环境干扰等，并采取合适的误差分析方法，以提高数据的可靠性。
• 换算方法与公式：为了实现螺旋桨模型试验数据与实尺度性能的换算，可以采 用相似的换算公式或方法。这些方法通常基于相似理论和尺度效应的研究成果， 通过调整相关参数来实现换算。换算过程中需要注意单位统一和适用范围。
形状优化
通过参数化建模和CFD评 估，可以对螺旋桨的叶型、 弦长、扭角等参数进行优 化，以寻求最佳性能。
控制策略优化
考虑螺旋桨与飞行器的相 互作用，CFD可用于优化 控制策略，如变速、变距等。
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而在实际状况下，尾流通常都是要收缩的，即A1↙，为了 不至于使尾流收缩，人为地加上导流管，以防止尾流的收缩， 不至于使尾流收缩，人为地加上导流管，以防止尾流的收缩， 提高推进器的效率，这也就是导管螺旋桨产生的理论依据。 提高推进器的效率，这也就是导管螺旋桨产生的理论依据。
§3-2 理想螺旋桨理论
一. 概 述
基本假定： 基本假定： （1）不计推进器的尺度、形状， 不计推进器的尺度、形状， 只考虑鼓动盘面积 A 0 =
πD
4
2
（2）在鼓动盘盘面上压力与速度均匀分布 （3）理想推进器只考虑轴向诱导速度
ua
,
而忽略了周向和径向诱导速度 ut 和
ur
鼓动盘工作于无限深广的理想流体中， （4）鼓动盘工作于无限深广的理想流体中， 即不计粘性、无旋、不计边界的影响。 即不计粘性、无旋、不计边界的影响。
Ti ⋅VA
消耗功率： 有效功率＋ 消耗功率： 有效功率＋单位时间损失的动能 而单位时间损失的动能为静止流体单位时间内得到 的动能为 由（1）式 ）
1 2 mu a 2
T i = mu
a
得：i u a 2 2
则消耗功率为： 消耗功率为
T iV A +
理想效率为： 理想效率为：
2
ua =
T 1 × i 2 ρ A0
1 2× 2
= VA +
2
Ti 1 ρ A0 2
− VA
ua = VA
1+
Ti 1 ρ A 0V A 2 2
−1
（8） ）
将（8）式代入（7）式得到： ）式代入（ ）式得到：
η iA =
1 Ti 1 − 1) 1+ ( 1+ 1 2 ρA0V A 2 2 = 1+ 1+ 2 Ti 1 ρA0V A 2 2
第三章 螺旋桨基础理论
﹙Theory of Propeller Action﹚ ﹚
§3-0 螺旋桨理论概述
一. 动量理论﹙Momentum theory﹚ ﹚
不考虑推进器的几何形状，考虑了流场的变化。 不考虑推进器的几何形状，考虑了流场的变化。 1. 理想推进器理论：1889年傅汝德运用动量定理解 理想推进器理论：1889年傅汝德运用动量定理解 释鼓动盘前后轴向流体速度之间的关系。 释鼓动盘前后轴向流体速度之间的关系。 轴向流体速度之间的关系 理想螺旋桨理论：1920年贝兹运用动量矩定理解 2. 理想螺旋桨理论：1920年贝兹运用动量矩定理解 释鼓动盘前后轴向及周向流体速度之间的关系。 释鼓动盘前后轴向及周向流体速度之间的关系。 轴向 流体速度之间的关系
Ti = mu a = ρ A0 (V A + u a1 )u a
﹙1﹚ ﹚
4．在远前方及盘面紧前方运用柏努利方程： ．在远前方及盘面紧前方运用柏努利方程：
P0 + 1 1 ρV A 2 = P1 + ρ (V A + u a1 ) 2 2 2
（2） ）
在盘面紧后方及远后方运用柏努利方程： 在盘面紧后方及远后方运用柏努利方程：
§3-1 理想推进器理论
一．概 念： 什么是理想推进器： 1. 什么是理想推进器： 推进器为一直径为D的没有厚度的圆盘面， 推进器为一直径为D的没有厚度的圆盘面，此盘面 具有吸收外来功率并推水使其获得轴向诱导速度的功 这样一个被理想化了 推进器称之为 被理想化了的 称之为理想推进器 能，这样一个被理想化了的推进器称之为理想推进器， 又称鼓动盘。 又称鼓动盘。 什么是理想推进器理论： 2. 什么是理想推进器理论： 在以下几个假定前提下，运用动量定理得到的 得到的推进 在以下几个假定前提下，运用动量定理得到的推进 称之为理想推进器理论 器理论称之为理想推进器理论。 器理论称之为理想推进器理论。
m = ρ A0 (V A + u a1 )
2．远前方AA1断面处流入的单位时间内的动量： 远前方AA1断面处流入的单位时间内的动量： AA1断面处流入的单位时间内的动量
m ⋅V A
远后方CC1断面处流出的单位时间内的动量： 远后方CC1断面处流出的单位时间内的动量： CC1断面处流出的单位时间内的动量
四. 结 论：
1． T i 与 ．
ua 是共存的。 是共存的。
由（5）式， u a ≠ 0 才有理想推力 T i ≠ 0 ； 否则， 否则， ua = 0 ， Ti = 0 ；
1 = ua 2
ua
↗， Ti ↗ 。
2．盘面处诱导速度等于远后方诱导速度的一半。 ．盘面处诱导速度等于远后方诱导速度的一半。 等于远后方诱导速度 由（6）式， u a1
三．环流理论（涡旋理论）Circulation or vortex theory 环流理论（涡旋理论） 将周围流场与桨叶作用力结合起来考虑。 将周围流场与桨叶作用力结合起来考虑。 无限叶数涡旋理论 理论： 1912年 儒可夫斯基发展的， 1. 无限叶数涡旋理论： 1912年，儒可夫斯基发展的， Z ＝∞ 升力线理论 1952年Lerbs根据流体力学机翼升力线 理论： 2. 升力线理论：1952年Lerbs根据流体力学机翼升力线 理论引伸而来,它以许多能产生升力的涡线（升力线） 理论引伸而来,它以许多能产生升力的涡线（升力线） 代替桨叶的作用， 代替桨叶的作用，升力线产生的速度场与螺旋桨周围 的速度场等效。 的速度场等效。 升力面理论 1944年Ludwig考虑宽叶螺旋桨的负荷弦 理论： 3. 升力面理论：1944年Ludwig考虑宽叶螺旋桨的负荷弦 升力面修正。 向分布而发展的。实用上： 向分布而发展的。实用上：升力线理论+升力面修正。
η iA =
3．理想推进器的效率也总是小于 1 的一个值。 ． 的一个值。
1 <1 u 1+ a 2V A
4．诱导速度越大则理想效率将下降。 ．诱导速度越大则理想效率将下降。 则理想效率 由（7）式： ua ↗，ηiA ↙ ） 5．推进器的直径越大，效率将越高。 ．推进器的直径越大，效率将越高。 直径越大 一定时， 由（9）式，当Ti，VA 一定时，A0↗即D↗，则 ηiA ↗ ） ↗ 6．载荷系数越大则理想效率将越低。 ．载荷系数越大则理想效率将越低。 则理想效率 由（10）式， σ T ↙，则 ηiA ↗ ） 7．尾流截面面积越大，则理想效率将越高。 ．尾流截面面积越大，则理想效率将越高。 效率 一定时， 由（13）式，当Ti，VA 一定时，A1↗，则 ηiA ↗ ）
1．什么是理想螺旋桨？ 什么是理想螺旋桨？ 理想推进器是通过吸收外来功率而产生轴向诱导 速度，而对于螺旋桨而言， 速度，而对于螺旋桨而言，是利用旋转运动来吸收外 来功率的，因此除了产生轴向诱导速度之外， 来功率的，因此除了产生轴向诱导速度之外，还要产 生周向诱导速度。 生周向诱导速度。对于理想螺旋桨则是忽略离心力及 尾流收缩的影响，此时螺旋桨产生的周向诱导速度在 尾流收缩的影响，此时螺旋桨产生的周向诱导速度在 周向诱导速度 桨盘紧后方至远后方保持不变，为一常数，这一被理 桨盘紧后方至远后方保持不变，为一常数，这一被理 紧后方 保持不变 称之为理想螺旋桨 想化了的螺旋桨称之为理想螺旋桨。 想化了的螺旋桨称之为理想螺旋桨。
2
−1
(12)
将（12）式代入（7）式得： ）式代入（ ）式得：
ηiA =
1 1+ × 2 1+ 1 4Ti = 4 3 + 1+ 4Ti −1
(13)
ρA1V A
2
2
ρA1V A 2
(13)式是以尾流截面面积 1表达的理想效率的表达式。 (13)式是以尾流截面面积A 表达的理想效率的表达式。 尾流截面面积
1 Ti = ρA0 (V A + u a )u a 2
三. 理想效率
1 ．定 义： 理想推进器的效率称之为理想效率。 理想推进器的效率称之为理想效率。 称之为理想效率
有效功率 η iA = 消耗功率
2．理想效率的表达式： ．理想效率的表达式： 有效功率： 推进器在静止流场中以速度V 有效功率： 推进器在静止流场中以速度 A前进产生 有效功率为： 推力 Ti ，则有效功率为：
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Ti = mua = ρA0 (VA + ua1 )ua
（1） ） （5） ）
ρ A 0 (V A +
1 u a ) = ρ A1 (V A + u a ) = m 2
其中： 其中： A0――鼓动盘盘面积 鼓动盘盘面积 A1――尾流截面面积 尾流截面面积 由（5）式： ）
Ti = mu a = ρA0 (V A + 1 u a )u a = ρA1 (V A + u a )u a 2
3. 运动模型及力学模型
压力变化曲线：压力突变是由于推进器的作用吸收的能量 压力变化曲线：压力突变是由于推进器的作用吸收的能量 突变 速度变化曲线：速度保持连续变化﹙紧前方和紧后方一样﹚ 速度变化曲线：速度保持连续变化﹙紧前方和紧后方一样﹚ 保持连续变化
二. 理想推进器的推力及诱导速度 单位时间内流过鼓动盘（面积为A 的流体质量： 1. 单位时间内流过鼓动盘（面积为A0）的流体质量：
（5） ）
5．将（1）式与（5）式对比得到盘面处的诱导速度： ． 盘面处的 ）式与（ ）式对比得到盘面处 诱导速度：
u a1
其中： 其中：
1 = ua 2
（6） ）
u a1 ————盘面处流体的轴向诱导速度 盘面处流体的 盘面处流体的轴向诱导速度
ua
————远后方流体的轴向诱导速度 远后方流体的轴向诱导速度 远后方流体的
§3-2 理想螺旋桨理论
一. 概 述
基本假定： 基本假定： （1）不计推进器的尺度、形状， 不计推进器的尺度、形状， 只考虑鼓动盘面积 A 0 =
πD
4
2
（2）在鼓动盘盘面上压力与速度均匀分布 （3）理想推进器只考虑轴向诱导速度
ua
,
而忽略了周向和径向诱导速度 ut 和
ur
鼓动盘工作于无限深广的理想流体中， （4）鼓动盘工作于无限深广的理想流体中， 即不计粘性、无旋、不计边界的影响。 即不计粘性、无旋、不计边界的影响。
Ti ⋅VA
消耗功率： 有效功率＋ 消耗功率： 有效功率＋单位时间损失的动能 而单位时间损失的动能为静止流体单位时间内得到 的动能为 由（1）式 ）
1 2 mu a 2
T i = mu
a
得：i u a 2 2
则消耗功率为： 消耗功率为
T iV A +
理想效率为： 理想效率为：
2
ua =
T 1 × i 2 ρ A0
1 2× 2
= VA +
2
Ti 1 ρ A0 2
− VA
ua = VA
1+
Ti 1 ρ A 0V A 2 2
−1
（8） ）
将（8）式代入（7）式得到： ）式代入（ ）式得到：
η iA =
1 Ti 1 − 1) 1+ ( 1+ 1 2 ρA0V A 2 2 = 1+ 1+ 2 Ti 1 ρA0V A 2 2
第三章 螺旋桨基础理论
﹙Theory of Propeller Action﹚ ﹚
§3-0 螺旋桨理论概述
一. 动量理论﹙Momentum theory﹚ ﹚
不考虑推进器的几何形状，考虑了流场的变化。 不考虑推进器的几何形状，考虑了流场的变化。 1. 理想推进器理论：1889年傅汝德运用动量定理解 理想推进器理论：1889年傅汝德运用动量定理解 释鼓动盘前后轴向流体速度之间的关系。 释鼓动盘前后轴向流体速度之间的关系。 轴向流体速度之间的关系 理想螺旋桨理论：1920年贝兹运用动量矩定理解 2. 理想螺旋桨理论：1920年贝兹运用动量矩定理解 释鼓动盘前后轴向及周向流体速度之间的关系。 释鼓动盘前后轴向及周向流体速度之间的关系。 轴向 流体速度之间的关系
Ti = mu a = ρ A0 (V A + u a1 )u a
﹙1﹚ ﹚
4．在远前方及盘面紧前方运用柏努利方程： ．在远前方及盘面紧前方运用柏努利方程：
P0 + 1 1 ρV A 2 = P1 + ρ (V A + u a1 ) 2 2 2
（2） ）
在盘面紧后方及远后方运用柏努利方程： 在盘面紧后方及远后方运用柏努利方程：
§3-1 理想推进器理论
一．概 念： 什么是理想推进器： 1. 什么是理想推进器： 推进器为一直径为D的没有厚度的圆盘面， 推进器为一直径为D的没有厚度的圆盘面，此盘面 具有吸收外来功率并推水使其获得轴向诱导速度的功 这样一个被理想化了 推进器称之为 被理想化了的 称之为理想推进器 能，这样一个被理想化了的推进器称之为理想推进器， 又称鼓动盘。 又称鼓动盘。 什么是理想推进器理论： 2. 什么是理想推进器理论： 在以下几个假定前提下，运用动量定理得到的 得到的推进 在以下几个假定前提下，运用动量定理得到的推进 称之为理想推进器理论 器理论称之为理想推进器理论。 器理论称之为理想推进器理论。
m = ρ A0 (V A + u a1 )
2．远前方AA1断面处流入的单位时间内的动量： 远前方AA1断面处流入的单位时间内的动量： AA1断面处流入的单位时间内的动量
m ⋅V A
远后方CC1断面处流出的单位时间内的动量： 远后方CC1断面处流出的单位时间内的动量： CC1断面处流出的单位时间内的动量
四. 结 论：
1． T i 与 ．
ua 是共存的。 是共存的。
由（5）式， u a ≠ 0 才有理想推力 T i ≠ 0 ； 否则， 否则， ua = 0 ， Ti = 0 ；
1 = ua 2
ua
↗， Ti ↗ 。
2．盘面处诱导速度等于远后方诱导速度的一半。 ．盘面处诱导速度等于远后方诱导速度的一半。 等于远后方诱导速度 由（6）式， u a1
三．环流理论（涡旋理论）Circulation or vortex theory 环流理论（涡旋理论） 将周围流场与桨叶作用力结合起来考虑。 将周围流场与桨叶作用力结合起来考虑。 无限叶数涡旋理论 理论： 1912年 儒可夫斯基发展的， 1. 无限叶数涡旋理论： 1912年，儒可夫斯基发展的， Z ＝∞ 升力线理论 1952年Lerbs根据流体力学机翼升力线 理论： 2. 升力线理论：1952年Lerbs根据流体力学机翼升力线 理论引伸而来,它以许多能产生升力的涡线（升力线） 理论引伸而来,它以许多能产生升力的涡线（升力线） 代替桨叶的作用， 代替桨叶的作用，升力线产生的速度场与螺旋桨周围 的速度场等效。 的速度场等效。 升力面理论 1944年Ludwig考虑宽叶螺旋桨的负荷弦 理论： 3. 升力面理论：1944年Ludwig考虑宽叶螺旋桨的负荷弦 升力面修正。 向分布而发展的。实用上： 向分布而发展的。实用上：升力线理论+升力面修正。
η iA =
3．理想推进器的效率也总是小于 1 的一个值。 ． 的一个值。
1 <1 u 1+ a 2V A
4．诱导速度越大则理想效率将下降。 ．诱导速度越大则理想效率将下降。 则理想效率 由（7）式： ua ↗，ηiA ↙ ） 5．推进器的直径越大，效率将越高。 ．推进器的直径越大，效率将越高。 直径越大 一定时， 由（9）式，当Ti，VA 一定时，A0↗即D↗，则 ηiA ↗ ） ↗ 6．载荷系数越大则理想效率将越低。 ．载荷系数越大则理想效率将越低。 则理想效率 由（10）式， σ T ↙，则 ηiA ↗ ） 7．尾流截面面积越大，则理想效率将越高。 ．尾流截面面积越大，则理想效率将越高。 效率 一定时， 由（13）式，当Ti，VA 一定时，A1↗，则 ηiA ↗ ）
1．什么是理想螺旋桨？ 什么是理想螺旋桨？ 理想推进器是通过吸收外来功率而产生轴向诱导 速度，而对于螺旋桨而言， 速度，而对于螺旋桨而言，是利用旋转运动来吸收外 来功率的，因此除了产生轴向诱导速度之外， 来功率的，因此除了产生轴向诱导速度之外，还要产 生周向诱导速度。 生周向诱导速度。对于理想螺旋桨则是忽略离心力及 尾流收缩的影响，此时螺旋桨产生的周向诱导速度在 尾流收缩的影响，此时螺旋桨产生的周向诱导速度在 周向诱导速度 桨盘紧后方至远后方保持不变，为一常数，这一被理 桨盘紧后方至远后方保持不变，为一常数，这一被理 紧后方 保持不变 称之为理想螺旋桨 想化了的螺旋桨称之为理想螺旋桨。 想化了的螺旋桨称之为理想螺旋桨。
2
−1
(12)
将（12）式代入（7）式得： ）式代入（ ）式得：
ηiA =
1 1+ × 2 1+ 1 4Ti = 4 3 + 1+ 4Ti −1
(13)
ρA1V A
2
2
ρA1V A 2
(13)式是以尾流截面面积 1表达的理想效率的表达式。 (13)式是以尾流截面面积A 表达的理想效率的表达式。 尾流截面面积
1 Ti = ρA0 (V A + u a )u a 2
三. 理想效率
1 ．定 义： 理想推进器的效率称之为理想效率。 理想推进器的效率称之为理想效率。 称之为理想效率
有效功率 η iA = 消耗功率
2．理想效率的表达式： ．理想效率的表达式： 有效功率： 推进器在静止流场中以速度V 有效功率： 推进器在静止流场中以速度 A前进产生 有效功率为： 推力 Ti ，则有效功率为：
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Ti = mua = ρA0 (VA + ua1 )ua
（1） ） （5） ）
ρ A 0 (V A +
1 u a ) = ρ A1 (V A + u a ) = m 2
其中： 其中： A0――鼓动盘盘面积 鼓动盘盘面积 A1――尾流截面面积 尾流截面面积 由（5）式： ）
Ti = mu a = ρA0 (V A + 1 u a )u a = ρA1 (V A + u a )u a 2
3. 运动模型及力学模型
压力变化曲线：压力突变是由于推进器的作用吸收的能量 压力变化曲线：压力突变是由于推进器的作用吸收的能量 突变 速度变化曲线：速度保持连续变化﹙紧前方和紧后方一样﹚ 速度变化曲线：速度保持连续变化﹙紧前方和紧后方一样﹚ 保持连续变化
二. 理想推进器的推力及诱导速度 单位时间内流过鼓动盘（面积为A 的流体质量： 1. 单位时间内流过鼓动盘（面积为A0）的流体质量：
（5） ）
5．将（1）式与（5）式对比得到盘面处的诱导速度： ． 盘面处的 ）式与（ ）式对比得到盘面处 诱导速度：
u a1
其中： 其中：
1 = ua 2
（6） ）
u a1 ————盘面处流体的轴向诱导速度 盘面处流体的 盘面处流体的轴向诱导速度
ua
————远后方流体的轴向诱导速度 远后方流体的轴向诱导速度 远后方流体的